JP2001283720A - Electron emission element, driving method for electron emission element, electron source and image formation device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emission element, a driving method for the electron emission element, an electron source and an image formation device capable of contributing to an improvement for an electron emission efficiency for enabling to control an electron orbit with a simple composition and realizing to elongate life of the element. SOLUTION: On an insulating layer 3, electrically separated high-voltage electrodes 4a and 4b are arranged. On the one side, e.g. a voltage is applied only between the electrode 4b and a low-voltage electrode 2 and the electron is emitted through a space 6, and the other high-voltage electrode 4a is electrically connected with the low-voltage electrode 2 for functioning as an electrode to control the electron orbit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子を放出する電
子放出素子及びその駆動方法、この電子放出素子を備え
た電子源、及びこの電子源を備えた画像形成装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device that emits electrons and a driving method thereof, an electron source having the electron-emitting device, and an image forming apparatus having the electron source.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、電子放出素子としては、大別して
熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類のものが
知られている。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以
下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金属型（以
下、「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子放出素子
等がある。2. Description of the Related Art Conventionally, two types of electron-emitting devices, a thermionic electron-emitting device and a cold cathode electron-emitting device, are known. The cold cathode electron emitting device includes a field emission type (hereinafter, referred to as “FE type”), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter, referred to as “MIM type”), a surface conduction type electron emitting device, and the like.

【０００３】ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，’Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ’， Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．
Ｓｐｉｎｄｔ，’ＰＨＹＳＩＣＡＬ Ｐｒｏｐｅｒｔｉ
ｅｓ ｏｆ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｆｉｅｌｄ ｅｍｉ
ｓｓｉｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂ
ｄｅｎｉｕｍ ｃｏｎｅｓ’，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたもの
が知られている。As an example of the FE type, W. P. Dyke &
W. W. Dolan, 'Field Emissio
n ', Advance in Electron P
physics, 8, 89 (1956) or C.I. A.
Spindt, 'PHYSICAL Property
es of thin-film field emi
session cathodes with mollyb
denium cones', J.M. Appl. Phys
s. , 47, 5248 (1976).

【０００４】ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，’Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ’，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示されたも
のが知られている。As an example of the MIM type, C.I. A. Mea
d, 'Operation of Tunnel-Em
issue Devices', J.M. Apply. P
hys. , 32, 646 (1961).

【０００５】また、最近の例では、Ｔｏｓｈｉａｋｉ．
Ｋｕｓｕｎｏｋｉ，’Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ−ｆｒｅ
ｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ
ｎｏｎ−ｆｏｒｍｅｄ ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ−ｍｅｔａｌ（ＭＩＭ）ｃａｔｈｏｄｅｓ Ｆａｂｒ
ｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｌｏｗ ｃｕｒｒｅｎｔ Ａｎｏ
ｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ’，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．Ｌ１６
９５，Ｍｕｔｓｕｍｉ ｓｕｚｕｋｉ ｅｔａｌ’Ａｎ
ＭＩＭ−Ｃａｔｈｏｄｅ Ａｒｒａｙ ｆｏｒ Ｃａ
ｔｈｏｄｅ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ
ｓ’，ＩＤＷ’９６，（１９９６）ｐｐ．５２９等が研
究されている。In a recent example, Toshiaki.
Kusunoki, 'Fractation-fre
e electron emission from
non-formed metal-insulato
r-metal (MIM) cathodes Fabr
icated by low current Ano
dic oxidation ', Jpn. J. App
l. Phys. vol. 32 (1993) pp. L16
95, Mutsumi suzuki et al'An
MIM-Cathode Array for Ca
side luminescent display
s', IDW'96, (1996) pp. 529 etc. have been studied.

【０００６】表面伝導型の例としては、エリンソンの報
告（Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓ．，１０（１９６５））に記
載のもの等があり、この表面伝導型電子放出素子は、基
板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を
流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するもの
である。[0006] As an example of the surface conduction type, a report by Elinson (MI Elinson Radio Eng. E) is available.
electron Phys. , 10 (1965)), and the surface conduction type electron-emitting device emits electrons when a current flows through a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface. It utilizes the phenomenon.

【０００７】表面伝導型素子では、前記のエリソンの報
告に記載のＳｎＯ₂薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜を用い
たもの（Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ．Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ，９，３１７（１９７２））、Ｉｎ₂Ｏ₃／Ｓ
ｎＯ₂薄膜によるもの（Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ
Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．
ＥＤ Ｃｏｎｆ．，５１９（１９８３））等が報告され
ている。Among the surface conduction type devices, those using the SnO ₂ thin film and those using the Au thin film described in the above-mentioned report of Ellison (G. Dittmer. Thin Solid)
Films, 9, 317 (1972)), In ₂ O ₃ / S
nO ₂ thin film (M. Hartwell and
C. G. FIG. Fonstad, IEEE Trans.
ED Conf. , 519 (1983)).

【０００８】これら表面伝導型のうち、図１５，１６に
示すような平面型、垂直型の電子放出素子については、
本出願人によって提案されている。また、これらの電子
放出素子を多数配列した例としては、例えば、特開昭６
４−３１３３２号公報、特開平１−２８３７４９号公
報、特開平１−２５７５５２号公報等に開示されてい
る。[0008] Of these surface conduction types, a flat type and a vertical type electron-emitting device as shown in FIGS.
Proposed by the applicant. Further, as an example of arranging a large number of these electron-emitting devices, see, for example,
It is disclosed in JP-A-4-31332, JP-A-1-283737, JP-A-1-257552 and the like.

【０００９】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。However, in the case of the above-described prior art, the following problems have occurred.

【００１０】上述した電子放出素子を利用して画像形成
装置を実現するためには、電子放出素子から放出した電
子を、電子放出素子に対向して配置した蛍光体に衝突、
発光させるが、高精細な画像形成装置においては、電子
軌道の制御、電子放出効率（ここで記述する効率とは、
電子放出素子間に流れる電流の内、素子上空の陽極もし
くは蛍光体に到達する量を示す。）の向上、素子サイズ
の縮小等が要求される。In order to realize an image forming apparatus using the above-described electron-emitting device, electrons emitted from the electron-emitting device collide with a phosphor disposed opposite to the electron-emitting device.
Although light is emitted, in a high-definition image forming apparatus, control of electron trajectory, electron emission efficiency (the efficiency described here is
Indicates the amount of the current flowing between the electron-emitting devices that reaches the anode or the phosphor above the device. ), Reduction in element size, etc. are required.

【００１１】特に、電子軌道の制御と電子放出効率の向
上は一般的にトレードオフの関係にあり、これらの関係
を同時に実現することは困難であった。更に、電子放出
素子では、素子の長寿命化が必要不可欠な要素であっ
た。In particular, the control of the electron orbit and the improvement of the electron emission efficiency generally have a trade-off relationship, and it has been difficult to realize these relationships simultaneously. Further, in the electron-emitting device, it is essential to extend the life of the device.

【００１２】例えばＦＥ型電子放出素子では、特開平７
−６７１４号公報では、電子放出電極、電子引き出し電
極の他に、電子を収束させるための電極を配置し、電子
軌道を収束する方法等が開示されているが、作製方法の
複雑さや、素子面積の増加、電子放出効率の低下等の課
題を残していた。For example, in the case of the FE type electron-emitting device,
Japanese Patent No. 6714 discloses a method of arranging an electrode for converging electrons in addition to an electron emission electrode and an electron extraction electrode and converging an electron orbit, and the like. Problems, such as an increase in electron emission efficiency and a decrease in electron emission efficiency.

【００１３】また、長寿命化に関しては、電子放出部を
構成する材料の検討等がなされているが、いまだ十分で
はない。In order to extend the life, materials for forming the electron-emitting portion have been studied, but this is not yet sufficient.

【００１４】表面伝導型電子放出素子においては、特開
平３−２０９４１号公報や特開平７−２３５２５６号公
報等で、素子サイズの小型化について、また、特開平９
−８２２１４号公報等では、高効率化についての技術が
開示されているが、いずれの技術についても高精細な画
像形成装置を実現するためには不十分であった。For the surface conduction type electron-emitting device, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 3-20941 and 7-235256 disclose the reduction of the device size.
Japanese Patent Application Publication No. -82214 and the like disclose techniques for increasing the efficiency, but none of these techniques is sufficient to realize a high-definition image forming apparatus.

【００１５】また、長寿命化に関しても、特開平５−１
２９８６号公報や特開平１０−５５７４６号公報でその
技術が開示されているが、いずれの技術も高効率化及び
電子軌道収束まで考慮してなされておらず、また、高精
細な画像形成装置を実現するためには必須条件となる素
子の高集積化という観点からも不十分であった。[0015] Regarding the prolongation of the service life, see Japanese Patent Application Laid-Open No. H5-15-1.
Although the techniques are disclosed in Japanese Patent No. 2986 and Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-55746, none of these techniques takes into account the enhancement of efficiency and the convergence of electron orbits. It is insufficient from the viewpoint of high integration of elements, which is an essential condition for realization.

【００１６】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、簡易
な構成で電子軌道の制御を可能として電子放出効率の向
上を図り、また、素子の長寿命化を実現し得る電子放出
素子および電子放出素子の駆動方法および電子源および
画像形成装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art. It is an object of the present invention to improve the electron emission efficiency by controlling the electron trajectory with a simple configuration. An object of the present invention is to provide an electron-emitting device, a driving method of the electron-emitting device, an electron source, and an image forming apparatus that can realize a long life of the device.

【００１７】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、第１導電層と、該第１導電層上に
設けられる絶縁層と、該絶縁層上に設けられ、それぞれ
電気的に分離された第２導電層及び第３導電層と、を備
えた電子放出素子であって、前記絶縁層は、その両端側
に前記第１導電層が露出するように設けられると共に、
前記第２導電層あるいは第３導電層のうちのいずれか一
方と前記第１導電層との間に、該第１導電層側が低電位
となるような電圧を印加して、前記絶縁層の一方の端面
側で電子放出を行うことを特徴とする。In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a first conductive layer, an insulating layer provided on the first conductive layer, and an insulating layer provided on the insulating layer; An electron-emitting device comprising: a second conductive layer and a third conductive layer that are electrically separated from each other, wherein the insulating layer is provided so that the first conductive layer is exposed at both ends thereof. ,
A voltage is applied between one of the second conductive layer and the third conductive layer and the first conductive layer so that the first conductive layer side has a low potential, and one of the insulating layers is applied. Is characterized in that electrons are emitted on the end face side.

【００１８】従って、絶縁層上に電気的に分離した導電
層（第２導電層及び第３導電層）を設け、一方に電圧を
印加するという簡易な構成によって、電圧が印加されて
いない導電層により、電圧を印加した側からの電界が、
この電圧が印加されていない導電層側に落ち込まないよ
うにする（等電位面を電圧が印加されていない導電層の
部分で内側に持ち上げるようにする）ことができ、絶縁
層の一方の端面側から放出された電子が、絶縁層の他方
の端面側に向かって落ち込むことを抑制するように電子
軌道を制御することができる。Therefore, the conductive layer (second conductive layer and third conductive layer) which is electrically separated is provided on the insulating layer, and a voltage is applied to one of the conductive layers. As a result, the electric field from the side to which the voltage is applied becomes
This voltage can be prevented from dropping to the conductive layer side to which no voltage is applied (the equipotential surface can be lifted inward at the part of the conductive layer to which no voltage is applied), and one end face side of the insulating layer can be prevented. The electron trajectory can be controlled so that electrons emitted from the semiconductor layer are prevented from dropping toward the other end surface of the insulating layer.

【００１９】前記第１導電層の表面上に、該表面領域よ
りも狭い領域内に前記絶縁層を積層形成して、該絶縁層
の両端側に前記第１導電層を露出させるとよい。The insulating layer may be formed on the surface of the first conductive layer in a region smaller than the surface region, and the first conductive layer may be exposed at both ends of the insulating layer.

【００２０】前記第２導電層と第３導電層との間の分離
された領域は、前記第１導電層の領域上にあるとよい。[0020] The separated region between the second conductive layer and the third conductive layer may be on the region of the first conductive layer.

【００２１】素子本体に対向して配置された陽極上の対
応する領域に対して、放出する電子を照射するとよい。It is preferable to irradiate the corresponding region on the anode arranged opposite to the element body with the emitted electrons.

【００２２】前記第２導電層あるいは第３導電層のう
ち、電圧を印加されていない導電層は前記第１導電層と
電気的に接続されているとよい。It is preferable that, of the second or third conductive layer, a conductive layer to which no voltage is applied is electrically connected to the first conductive layer.

【００２３】これにより、より一層、電圧を印加した側
からの電界が、電圧が印加されていない導電層側に落ち
込まないようにする（等電位面を電圧が印加されていな
い導電層の部分で内側に持ち上げるようにする）ことが
できる。This further prevents the electric field from the side to which the voltage is applied from dropping to the side of the conductive layer to which the voltage is not applied (the equipotential surface is formed by the portion of the conductive layer to which the voltage is not applied). Inward).

【００２４】前記絶縁層の一端側に前記第２導電層と第
１導電層との間で電子放出を行う場合の第１電子放出部
が設けられ、前記絶縁層の他端側に前記第３導電層と第
１導電層との間で電子放出を行う場合の第２電子放出部
が設けられると共に、前記第２導電層側あるいは第３導
電層側に、電圧の印加を切り替える切替手段を備えると
よい。A first electron emitting portion for emitting electrons between the second conductive layer and the first conductive layer is provided at one end of the insulating layer, and the third electron emitting portion is provided at the other end of the insulating layer. A second electron emission portion for emitting electrons between the conductive layer and the first conductive layer is provided, and a switching means for switching voltage application is provided on the second conductive layer side or the third conductive layer side. Good.

【００２５】これにより、切替手段の切り替えによって
電子放出部を切り替えることで長寿命化を図ることがで
きる。Thus, the life can be extended by switching the electron emission section by switching the switching means.

【００２６】前記切替手段は、電圧を印加する導電層を
切り替えると共に、電圧を印加しない導電層に対する前
記第１導電層との電気的接続も切り替えるとよい。The switching means preferably switches the conductive layer to which a voltage is applied and also switches the electrical connection between the conductive layer to which no voltage is applied and the first conductive layer.

【００２７】これにより、いずれの電子放出部を利用し
た場合でも、十分な電子制御を行うことができる。Thus, sufficient electronic control can be performed regardless of which electron-emitting portion is used.

【００２８】表面伝導型電子放出素子であるとよい。A surface conduction electron-emitting device is preferred.

【００２９】また、本発明の電子放出素子の駆動方法に
あっては、上記の電子放出素子を用いて、前記切替手段
による切り替えによって、第１電子放出部と第２電子放
出部とに順次交代させながら電子放出を行うことを特徴
とする。In the method for driving an electron-emitting device according to the present invention, the first electron-emitting portion and the second electron-emitting portion are sequentially switched by the switching means using the above-described electron-emitting device. It is characterized in that the electron emission is performed while causing the electron emission.

【００３０】従って、一方のみを集中的に利用すること
による劣化を防止できる。Therefore, it is possible to prevent deterioration due to intensive use of only one of them.

【００３１】また、本発明の電子源にあっては、上記の
電子放出素子を複数配列したことを特徴とする。The electron source according to the present invention is characterized in that a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged.

【００３２】前記電子放出素子がマトリクス配線されて
いるとよい。Preferably, the electron-emitting devices are arranged in a matrix.

【００３３】また、本発明の画像形成装置にあっては、
上記の電子源と、該電子源から放出された電子によって
画像を形成する画像形成部材と、を備えることを特徴と
する。In the image forming apparatus of the present invention,
It is characterized by including the above-mentioned electron source, and an image forming member for forming an image by the electrons emitted from the electron source.

【００３４】前記画像形成部材は、電子の衝突によって
発光する蛍光体であるとよい。The image forming member is preferably a phosphor that emits light by collision of electrons.

【００３５】[0035]

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions of the components described in this embodiment,
The materials, shapes, relative arrangements, and the like are not intended to limit the scope of the present invention only to them unless otherwise specified.

【００３６】図１〜図１２を参照して、本発明の実施の
形態に係る電子放出素子について説明する。An electron-emitting device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【００３７】まず、図１〜図３を参照して、発明の実施
の形態に係る電子放出素子の全体構成等について、詳細
に説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電子放出
素子の模式図であり、（ａ）は断面的模式図であり、
（ｂ）は平面的模式図であり、図２は本発明の実施の形
態に係る電子放出素子の駆動状態を示す模式図である。
また、図３は本発明の実施の形態に係る電子放出素子の
製造方法を示す概略工程図である。First, the overall structure of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic cross-sectional view,
FIG. 2B is a schematic plan view, and FIG. 2 is a schematic view showing a driving state of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic process chart showing a method for manufacturing the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【００３８】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の
製造方法の一例を説明すると、表面を洗浄した石英ガラ
ス、Ｎａ等の不純物を減少させたガラス、青板ガラス、
及びシリコン基板等に絶縁材料を積層した積層体、ある
いはアルミナ等のセラミックの絶縁性の基板１に第１導
電層としての素子電極（以下低電位電極と称する）２を
積層する。An example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention will be described. Quartz glass whose surface is cleaned, glass in which impurities such as Na are reduced, blue plate glass,
A device electrode (hereinafter, referred to as a low potential electrode) 2 as a first conductive layer is laminated on a laminate in which an insulating material is laminated on a silicon substrate or the like, or on a ceramic insulating substrate 1 such as alumina.

【００３９】低電位電極２は一般的に導電性を有してお
り、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術、フォ
トリソグラフィー技術により形成される。この低電位電
極２の厚さとしては、数十ｎｍから数ｍｍの範囲で設定
され、好ましくは数百ｎｍから数μｍの範囲で選択され
る。The low-potential electrode 2 generally has conductivity, and is formed by a general vacuum film forming technique such as an evaporation method or a sputtering method, or a photolithography technique. The thickness of the low-potential electrode 2 is set in the range of several tens nm to several mm, and is preferably selected in the range of several hundred nm to several μm.

【００４０】次に、低電位電極２に続いて絶縁層３を堆
積する。絶縁層３は、スパッタ法等の一般的な真空成膜
法、熱酸化法、陽極酸化法等で形成され、その厚さとし
ては、３ｎｍから１μｍの範囲で設定され、好ましくは
数十ｎｍから数百ｎｍの範囲から選択される。Next, an insulating layer 3 is deposited following the low potential electrode 2. The insulating layer 3 is formed by a general vacuum film forming method such as a sputtering method, a thermal oxidation method, an anodic oxidation method or the like, and its thickness is set in a range from 3 nm to 1 μm, preferably from several tens nm. It is selected from the range of several hundred nm.

【００４１】更に、絶縁層３に続き素子電極（以下、高
電位電極と称する）４を堆積する（以上、図３
（ａ））。本高電位電極４は、上記低電位電極２と同様
に導電性を有しており、低電位電極２と同様に一般的な
真空成膜技術及びフォトリソグラフィー工程により形成
される。選択される材料は、低電位電極２と同じ材料で
も、異種材料でも良く、厚さとしては、数ｎｍから数ｍ
ｍの範囲で選択され、好ましくは、数十ｎｍから数百ｎ
ｍの範囲から選択される。Further, an element electrode (hereinafter, referred to as a high potential electrode) 4 is deposited following the insulating layer 3 (see FIG. 3).
(A)). The high-potential electrode 4 has conductivity similarly to the low-potential electrode 2, and is formed by a general vacuum film forming technique and a photolithography process similarly to the low-potential electrode 2. The selected material may be the same material as the low-potential electrode 2 or a different material, and the thickness is several nm to several m.
m, preferably several tens nm to several hundreds n
m.

【００４２】次に、フォトリソグラフィー技術により、
上記各層の一部を取り除き（図３（ｂ））、更に絶縁層
３及び高電位電極４の一部が基板１から取り除かれ、低
電位電極２上に絶縁層３と高電位電極４に段差構造が形
成される（以上、図３（ｃ））。ただし、本エッチング
工程は、低電位電極２上で停止しても良いし、低電位電
極２の一部がエッチングされて停止しても良い。Next, by photolithography technology,
A part of each of the above layers is removed (FIG. 3B), a part of the insulating layer 3 and a part of the high potential electrode 4 are further removed from the substrate 1, and a step is formed on the low potential electrode 2 between the insulating layer 3 and the high potential electrode 4. A structure is formed (above, FIG. 3 (c)). However, this etching step may be stopped on the low-potential electrode 2 or may be stopped after a part of the low-potential electrode 2 is etched.

【００４３】続いて、フォトリソグラフィー工程によ
り、高電位電極４の一部を基板１から除去することによ
り電気的に分離し、複数の電極領域を形成する。ここ
で、図示の例では、本工程により高電位電極４ａと高電
位電極４ｂが形成された。尚、本エッチング工程は、絶
縁層３上で停止してもよいし、絶縁層３の途中もしくは
低電位電極２上で停止してもよい。Subsequently, a plurality of electrode regions are formed by removing a part of the high potential electrode 4 from the substrate 1 by a photolithography process to thereby electrically separate the high potential electrode 4 from the substrate 1. Here, in the illustrated example, the high potential electrode 4a and the high potential electrode 4b were formed by this step. Note that this etching step may be stopped on the insulating layer 3 or may be stopped in the middle of the insulating layer 3 or on the low potential electrode 2.

【００４４】以上のように形成された素子構造の場合に
は、低電位電極２が低電位となり、高電位電極４ａおよ
び４ｂが高電位となるように、低電位電極２と高電位電
極４ａとの間に電圧を印加して、第１電子放出部として
の間隙７から電子を放出するか、あるいは、低電位電極
２と高電位電極４ｂとの間に電圧を印加して、第２電子
放出部としての間隙６から電子を放出する。In the case of the element structure formed as described above, the low potential electrode 2 and the high potential electrode 4a are connected so that the low potential electrode 2 has a low potential and the high potential electrodes 4a and 4b have a high potential. To discharge electrons from the gap 7 serving as the first electron-emitting portion, or to apply a voltage between the low-potential electrode 2 and the high-potential electrode 4b to apply the second electron emission. Electrons are emitted from the gap 6 as a part.

【００４５】また、以上のように構成された電子放出素
子では、高電位電極と低電位電極の距離の制御で電子を
放出する場合もあれば、低電位電極に電界が集中する構
造を形成し電子を放出しやすくする場合もある。In the electron-emitting device configured as described above, electrons may be emitted by controlling the distance between the high-potential electrode and the low-potential electrode, or a structure in which an electric field is concentrated on the low-potential electrode may be formed. In some cases, it is easier to emit electrons.

【００４６】また、電子放出部６及び７を形成する際
に、所望の領域にのみ導電性薄膜９を配置することで、
電界の集中もしくは発熱効果により高電位電極と低電位
電極に挟まれた領域に選択的に間隙６及び７を形成する
場合もある。In forming the electron emitting portions 6 and 7, the conductive thin film 9 is disposed only in a desired region,
In some cases, the gaps 6 and 7 may be selectively formed in a region between the high-potential electrode and the low-potential electrode due to the concentration of an electric field or the heat generation effect.

【００４７】この導電性薄膜９を用いた間隙６及び７の
形成は、図３（ｅ）に示すように、まず所定領域に導電
性薄膜９を形成した後に、通電フォーミングと呼ばれる
工程で、導電性薄膜９に通電して、局所的に破壊、変質
もしくは変形させて間隙を形成する手法である。As shown in FIG. 3E, the gaps 6 and 7 are formed by using the conductive thin film 9 after forming the conductive thin film 9 in a predetermined region first, and then forming the conductive thin film 9 in a process called energization forming. In this method, a current is applied to the conductive thin film 9 to locally break, alter, or deform it to form a gap.

【００４８】この導電性薄膜９は、真空蒸着法やスパッ
タ法等により形成され、用いる材料としては、Ｐｄ，Ｒ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚ
ｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属やこれらの合金、Ｐ
ｄＯ，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化
物、ＨｆＢ₂，ＺｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣｅＢ₆，ＹＢ₄，Ｇ
ｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，
ＳｉＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の
窒化物、Ｓｉ，Ｇｅ等の半導体、カーボン、ＡｇＭｇ，
ＮｉＣｕ，Ｐｂ，Ｓｎ等であり、その抵抗値は、１０³
〜１０⁷Ω／□のシート抵抗値を示す。The conductive thin film 9 is formed by a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like.
u, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Z
metals such as n, Sn, Ta, W, Pd and alloys thereof;
oxides such as dO, SnO ₂ , In ₂ O ₃ , PbO, Sb ₂ O ₃ , HfB ₂ , ZrB ₂ , LaB ₆ , CeB ₆ , YB ₄ , G
borides such as dB ₄ , TiC, ZrC, HfC, TaC,
Carbides such as SiC and WC, nitrides such as TiN, ZrN and HfN, semiconductors such as Si and Ge, carbon, AgMg,
NiCu, Pb, Sn, etc., whose resistance value is 10 ³
Indicates a sheet resistance value of 710 ⁷ Ω / □.

【００４９】さらに、本発明の実施の形態に係る電子放
出素子では、電子放出を容易にするために、有機材料の
存在下で、低電位電極２と高電位電極４ａ及び４ｂの間
に電圧を印加することによって、電子放出領域に炭素を
生成し電子放出点を形成する活性化と呼ばれる工程を行
う場合がある。Further, in the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, in order to facilitate electron emission, a voltage is applied between the low potential electrode 2 and the high potential electrodes 4a and 4b in the presence of an organic material. In some cases, a step called activation for generating carbon in the electron emission region and forming an electron emission point is performed by the application.

【００５０】本活性化工程で用いる真空処理装置につい
て、図４を用いて説明する。図４は活性化工程を説明す
る概略構成図である。The vacuum processing apparatus used in this activation step will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating the activation step.

【００５１】図４において、４５は真空容器であり、４
６は排気ポンプであり、４７は本発明の実施の形態に係
る電子放出素子の高電位電極と低電位電極間の絶縁層側
壁において、炭素を生成する際に用いられる有機ガスの
供給源である。In FIG. 4, reference numeral 45 denotes a vacuum vessel;
Reference numeral 6 denotes an exhaust pump, and reference numeral 47 denotes a supply source of an organic gas used for generating carbon on an insulating layer side wall between the high potential electrode and the low potential electrode of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention. .

【００５２】真空容器４５内には本発明の実施の形態に
係る素子が配置されている。即ち、１は基板、２は低電
位電極、３は絶縁層、４ａ及び４ｂは高電位電極、６及
び７は間隙、８は素子上空に配置した陽極（アノード電
極）、９は導電性薄膜、４１は電子放出素子に素子電圧
Ｖｆを印加するための電源、４０は低電位電極２と高電
位電極４ａあるいは４ｂとの間を流れる素子電流Ｉｆを
測定するための電流計である。The device according to the embodiment of the present invention is arranged in the vacuum vessel 45. That is, 1 is a substrate, 2 is a low potential electrode, 3 is an insulating layer, 4a and 4b are high potential electrodes, 6 and 7 are gaps, 8 is an anode (anode electrode) arranged above the element, 9 is a conductive thin film, Reference numeral 41 denotes a power supply for applying a device voltage Vf to the electron-emitting device, and reference numeral 40 denotes an ammeter for measuring a device current If flowing between the low potential electrode 2 and the high potential electrode 4a or 4b.

【００５３】４３は陽極８に電圧を印加するための高電
圧源、４２は電子放出素子より放出される放出電流を測
定するための電流計である。また、４８及び４９は、間
隙６と間隙７とを選択的に切り替えて電子放出させため
の、切替手段としての切り替えスイッチを示しており、
活性化工程においては、高電位電極４ａ及び４ｂの両方
に電圧を印加しておけば良い。Reference numeral 43 denotes a high voltage source for applying a voltage to the anode 8, and reference numeral 42 denotes an ammeter for measuring an emission current emitted from the electron-emitting device. Reference numerals 48 and 49 denote switching switches as switching means for selectively switching between the gap 6 and the gap 7 to emit electrons.
In the activation step, a voltage may be applied to both the high potential electrodes 4a and 4b.

【００５４】一例として、陽極８の電圧を０〜１０ｋＶ
の範囲として、陽極８と電子放出素子との距離Ｈを１０
０μｍ〜８ｍｍの範囲として測定を行うことができる。As an example, the voltage of the anode 8 is set to 0 to 10 kV.
The distance H between the anode 8 and the electron-emitting device is 10
The measurement can be performed in a range of 0 μm to 8 mm.

【００５５】真空容器４５内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。The vacuum vessel 45 is provided with equipment necessary for measurement in a vacuum atmosphere, such as a vacuum gauge (not shown).
The measurement and evaluation can be performed in a desired vacuum atmosphere.

【００５６】本構成の場合には、高電位電極４ａ及び４
ｂをスイッチ４８及び４９を切り替えることで、間隙
６，７のいずれか一方からのみ電子を放出して、各々測
定評価を行うことができる。In the case of this configuration, the high potential electrodes 4a and 4a
By switching the switch b and the switches 48 and 49, electrons can be emitted only from one of the gaps 6 and 7, and each measurement can be evaluated.

【００５７】排気ポンプ４６は、ターボポンプ、ロータ
リーポンプからなる通常の高真空装置系と、更にイオン
ポンプ等からなる超高真空装置系とにより構成されてい
る。The exhaust pump 46 is composed of a normal high vacuum system including a turbo pump and a rotary pump, and an ultrahigh vacuum system including an ion pump and the like.

【００５８】以上の構成により、まず、真空容器４５に
基板１を配置し、排気して、真空雰囲気にした後、有機
ガスの供給源４７より有機ガスを真空容器４５に導入
し、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、高電位電極
４ａ，４ｂ及び低電位電極２間に電圧を印加する。With the above arrangement, first, the substrate 1 is placed in the vacuum container 45, and the substrate 1 is evacuated to a vacuum atmosphere. Then, the organic gas is introduced into the vacuum container 45 from the organic gas supply source 47, and A voltage is applied between the high-potential electrodes 4a and 4b and the low-potential electrode 2 in an atmosphere containing a gas.

【００５９】電圧波形は、パルス波形で繰り返し印加さ
れる。これには、パルス波高値を定電圧としたパルスを
連続的に印加する方法や、パルス波高値を増加させなが
ら、電圧パルスを印加する方法がある。また、本炭素を
生成する工程は、必要に応じて数種類のガスを混合して
行なう場合がある。The voltage waveform is repeatedly applied as a pulse waveform. This includes a method of continuously applying a pulse having a pulse peak value of a constant voltage, and a method of applying a voltage pulse while increasing the pulse peak value. Further, the step of producing the present carbon may be performed by mixing several kinds of gases as necessary.

【００６０】以上の炭素生成工程により、雰囲気中に存
在する有機物資から、炭素が低電位電極２と高電位電極
４ａの間と、低電位電極２と高電位電極４ｂの間、もし
くは、通電して形成した間隙に堆積して、低電圧で電子
放出が可能な構造となる。In the above-described carbon generation step, carbon is removed from the organic substances existing in the atmosphere between the low potential electrode 2 and the high potential electrode 4a, between the low potential electrode 2 and the high potential electrode 4b, or It is deposited in the gap formed by the above-mentioned process, and a structure capable of emitting electrons at low voltage is obtained.

【００６１】次に、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子について、その電子放出特性を、従来技術を参照し
つつ詳細に説明する。Next, the electron emission characteristics of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the prior art.

【００６２】最初に、比較のために、従来の表面伝導型
電子放出素子について述べる。図１５は従来の平面型、
図１６は従来の垂直型の素子構造である。なお、説明簡
単のため本実施の形態で説明した構成と同一の構成につ
いては同一の符号を付している。図１６中、３３は段差
を設けるために絶縁性の材料で堆積した堆積物である。First, a conventional surface conduction electron-emitting device will be described for comparison. FIG. 15 shows a conventional flat type,
FIG. 16 shows a conventional vertical element structure. For the sake of simplicity, the same components as those described in the present embodiment are denoted by the same reference numerals. In FIG. 16, reference numeral 33 denotes a deposit deposited with an insulating material to provide a step.

【００６３】ＳＩＤ’９８ Ｄｉｇｅｓｔ，Ｏｋｕｄ
ａ，ｅｔ ａｌによると、この種の表面伝導型電子放出
素子においては、電子放出部には間隙があり、この間隙
に駆動電圧Ｖｆを印加すると、低電位電極の先端から電
子がトンネル現象により放出され、その電子が高電位電
極の先端部で等方的に散乱することが記述されている。SID '98 Digest, Okud
According to a and et al, in this type of surface conduction electron-emitting device, there is a gap in the electron-emitting portion, and when a driving voltage Vf is applied to this gap, electrons are emitted from the tip of the low potential electrode by a tunnel phenomenon. It is described that the electrons are isotropically scattered at the tip of the high potential electrode.

【００６４】より詳しくは、高電位電極の先端部で電子
が等方的に散乱することが、実験と数値計算予測が矛盾
なく一致することについて記述されている。More specifically, it is described that the fact that electrons are isotropically scattered at the tip of the high-potential electrode is consistent with experiments and numerical calculation predictions.

【００６５】この場合、低電位電極から放出された電子
の大多数は高電位電極上で数回の弾性散乱（多重散乱）
が繰り返され、低電位電極と高電位電極とで形成される
電界で束縛される特徴距離Ｘｓを越えた電子がアノード
電極（蛍光体）に到達すると説明されている。In this case, the majority of the electrons emitted from the low potential electrode are subjected to elastic scattering (multiple scattering) several times on the high potential electrode.
It is described that electrons exceeding the characteristic distance Xs bound by the electric field formed by the low potential electrode and the high potential electrode reach the anode electrode (phosphor).

【００６６】この特徴距離Ｘｓは、 Ｘｓ＝Ｄ／２√［１＋（２Ｈ×Ｖｆ／（π×Ｖａ×Ｄ））×２］ ≒（Ｈ×Ｖｆ）／（π×Ｖａ） で表される。ここで、Ｈは電子放出素子とアノード電極
間の距離、πは円周率、Ｄは電子放出部に形成された間
隙幅、Ｖｆは駆動電圧、Ｖａはアノード電極の電圧であ
る。The characteristic distance Xs is expressed as follows: Xs = D / 2Ｄ [1+ (2H × Vf / (π × Va × D)) × 2] ≒ (H × Vf) / (π × Va) Here, H is the distance between the electron-emitting device and the anode electrode, π is the pi, D is the gap width formed in the electron-emitting portion, Vf is the drive voltage, and Va is the voltage of the anode electrode.

【００６７】この式の２番目の近似式は、Ｖｆ／Ｄ≫Ｖ
ａ／Ｈの場合に成立するが、通常の表面伝導型電子放出
素子の場合では十分に成立する。The second approximation of this equation is Vf / D≫V
This is satisfied in the case of a / H, but is sufficiently satisfied in the case of a normal surface conduction electron-emitting device.

【００６８】電子放出効率は、電子放出部から放出され
た電子が、上述した特徴距離Ｘｓを越えるまでの間に、
多重散乱によって高電位電極に一部吸収されることによ
る電子数の減少に支配されている。The electron emission efficiency is determined by the time the electrons emitted from the electron emission portion exceed the above-mentioned characteristic distance Xs.
It is governed by the decrease in the number of electrons due to partial absorption by the high potential electrode due to multiple scattering.

【００６９】数十ｅＶ程度の電子の衝突に伴い散乱され
る割合（散乱係数）βについては明らかでないが、一回
の散乱につき０．１〜０．５程度と見積もられている。
このような散乱機構で、βが１以下であることから、真
空中に取り出される電子の量（存在確率）は、散乱回数
の増加に従い、べき乗で減少していくことが分かる。Although the ratio (scattering coefficient) β scattered by the collision of electrons of about several tens eV is not clear, it is estimated to be about 0.1 to 0.5 per one scattering.
Since β is 1 or less in such a scattering mechanism, it can be seen that the amount of electrons extracted in vacuum (existence probability) decreases with a power as the number of times of scattering increases.

【００７０】従って、図１５，１６に示すような従来技
術に係る表面伝導型電子放出素子では、間隙から放出し
た電子が、特徴距離Ｘｓ内で高電位電極上を少なくとも
一回、多くの電子は複数回散乱するため、高電位電極中
に取り込まれて消滅する電子の数が増大し電子放出効率
が低下する。Therefore, in the surface conduction electron-emitting device according to the prior art as shown in FIGS. 15 and 16, electrons emitted from the gap are emitted at least once on the high potential electrode within the characteristic distance Xs, and many electrons are emitted from the gap. Since the electrons are scattered a plurality of times, the number of electrons taken into the high-potential electrode and annihilated increases, and the electron emission efficiency decreases.

【００７１】一方ビーム径について記述すると、従来の
図１５に示す素子ではＳＩＤ’９８Ｄｉｇｅｓｔ， Ｏ
ｋｕｄａ，ｅｔ ａｌより Ｌｈ≒２Ｋｈ×Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ） Ｌｗ≒２Ｋｗ×Ｈ√（Ｖｆ／Ｖａ） で表記できることが知られている。On the other hand, regarding the beam diameter, in the conventional device shown in FIG. 15, SID'98Digest, O
It is known from Kuda and et al that it can be expressed as Lh {2Kh × H} (Vf / Va) Lw {2Kw × H} (Vf / Va).

【００７２】ここで、Ｌｈはビームの縦方向、Ｌｗはビ
ームの横方向のサイズを示している。また、Ｋｈ，Ｋｗ
は素子構造によって若干異なる場合があるが約１で近似
できることが示されている。Here, Lh indicates the size of the beam in the vertical direction, and Lw indicates the size of the beam in the horizontal direction. Also, Kh, Kw
It is shown that may be slightly different depending on the element structure, but can be approximated by about 1.

【００７３】図１５に示す従来の構造では、図１７に示
すように、高電位電極４上を特徴距離Ｘｓ内で複数回の
等方散乱を繰り返すため、その散乱過程で電子の進行方
向の均一性が失われる。In the conventional structure shown in FIG. 15, as shown in FIG. 17, isotropic scattering is repeated a plurality of times within the characteristic distance Xs on the high-potential electrode 4, so that in the scattering process, the traveling direction of electrons is uniform. Sex is lost.

【００７４】その結果、電子軌道の制御が困難となりビ
ーム径の縮小に不利で、高精細な画像形成装置に利用す
ることは困難であった。As a result, it is difficult to control the electron trajectory, which is disadvantageous in reducing the beam diameter, and it has been difficult to use it for a high-definition image forming apparatus.

【００７５】また、特開平１０−５５７４６号公報に開
示されている方法によれば、図１８に示すような複数の
電子放出部を有する構造で、素子の長寿命化が提案され
ているが、上記の理由により、電子放出効率の高効率化
と電子ビームの収束の両立は困難であった。According to the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-55746, it has been proposed to extend the life of the device by using a structure having a plurality of electron-emitting portions as shown in FIG. For the above reasons, it has been difficult to achieve both high electron emission efficiency and convergence of the electron beam.

【００７６】また、従来の図１８に示す素子をマトリク
ス配置すると、図１９に示すように、一つの電子放出素
子の面積が増大し、高精細な画像形成装置を実現するこ
とは困難であった。When the conventional elements shown in FIG. 18 are arranged in a matrix, as shown in FIG. 19, the area of one electron-emitting element increases, and it is difficult to realize a high-definition image forming apparatus. .

【００７７】更に、特開平１０−５５７４６号公報で
は、図２０に示すような素子構造も開示されているが、
本構造では、例えば上部電極４ｃを正に印加すると、電
子軌道が広がってしまい、また、下部電極２ａを正に印
加すると、大多数の電子は下部電極２ａ上で複数回散乱
され、大幅な効率の低下になってしまう。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-55746 discloses an element structure as shown in FIG.
In this structure, for example, when the upper electrode 4c is applied positively, the electron orbit expands, and when the lower electrode 2a is applied positively, most electrons are scattered a plurality of times on the lower electrode 2a, resulting in a large efficiency. Will be reduced.

【００７８】本発明の実施の形態に係る電子放出素子で
は、上述の問題を検討し、電子放出効率の向上とビーム
径の縮小を同時に実現するものである。以下に、本発明
の実施の形態に係る電子放出素子について詳述する。In the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, the above-mentioned problems are examined, and the improvement of the electron-emitting efficiency and the reduction of the beam diameter are realized at the same time. Hereinafter, the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in detail.

【００７９】本発明の実施の形態に係る電子放出素子に
おいても、先述のＳＩＤ’９８ Ｄｉｇｅｓｔ，Ｏｋｕ
ｄａ，ｅｔ ａｌにより報告されている表面伝導型電子
放出素子と同様の機構で電子放出されているものと推察
すると、低電位電極から放出された電子は高電位電極先
端で等方的に散乱し、その後、高電位電極上を数回の散
乱の後、素子上部の陽極に到達する。Also in the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, the above-mentioned SID '98 Digest, Oku
Assuming that electrons are emitted by the same mechanism as the surface conduction electron-emitting device reported by Da, et al, electrons emitted from the low potential electrode are scattered isotropically at the tip of the high potential electrode. Then, after scattering several times on the high potential electrode, the light reaches the anode above the element.

【００８０】実際に本発明の実施の形態に係る電子放出
素子を駆動した様子を図５に示し、また、電子放出部近
傍の様子を図６に示す。FIG. 5 shows a state where the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention is actually driven, and FIG. 6 shows a state near the electron-emitting portion.

【００８１】図６に示すように、基板１上に高電位電極
４ａ及び４ｂが絶縁層３を介して低電位電極２の略上方
に配置された構造とすることで、真空中に放出された電
子は、高電位電極４ａあるいは４ｂの側壁を散乱し、素
子上空の陽極８へ到達する。As shown in FIG. 6, the structure in which the high potential electrodes 4a and 4b are arranged on the substrate 1 substantially above the low potential electrode 2 with the insulating layer 3 interposed therebetween is released into a vacuum. The electrons scatter on the side wall of the high potential electrode 4a or 4b and reach the anode 8 above the element.

【００８２】従って、電子の散乱回数は、高電位電極４
ａ，４ｂの厚さに依存することが明らかである。Therefore, the number of electron scattering times is
It is clear that it depends on the thickness of a, 4b.

【００８３】電子が高電位電極４ａ，４ｂに衝突し、次
に衝突するまでの距離を電子の飛行距離と呼ぶとする
と、飛行距離は電子放出部に形成された間隙６，７の幅
Ｄのおよそ２００倍程度であると見積もられている。If the distance between the electrons colliding with the high-potential electrodes 4a and 4b and the next collision is called the flight distance of the electrons, the flight distance is equal to the width D of the gaps 6 and 7 formed in the electron emission portion. It is estimated to be about 200 times.

【００８４】従って、高電位電極４ａ，４ｂの厚さＴ１
を、Ｄ×２００よりも薄くすることで、電子は一回の散
乱のみで陽極８に到達することができ、大幅な電子放出
効率の向上が実現できる。実際は、高電位電極材料の抵
抗率等の問題を考慮して設計する必要があるが、数ｎｍ
から数百ｎｍの範囲から選択され、更に好ましくは数十
ｎｍ程度の範囲から選択される。Therefore, the thickness T1 of the high potential electrodes 4a, 4b
Is smaller than D × 200, electrons can reach the anode 8 by only one scattering, and a significant improvement in electron emission efficiency can be realized. Actually, it is necessary to design in consideration of problems such as the resistivity of the high-potential electrode material.
From several hundred nm, more preferably from a range of about several tens nm.

【００８５】また、図５に示すように、高電位電極４ｂ
と低電位電極２との間の間隙６から放出された電子は、
高電位電極４ｂの側壁での散乱を経て素子上空に配置さ
れた陽極８に到達するが、その過程で、低電位電極２と
電気的に接続された高電位電極４ａ（この場合、高電位
電極４ａは低電位となる）により、電子を反発する方向
の電界が形成され、この効果により電子軌道を、素子上
空へと集向するように制御することができる。As shown in FIG. 5, the high potential electrode 4b
The electrons emitted from the gap 6 between the low potential electrode 2 and
The light arrives at the anode 8 disposed above the element through scattering on the side wall of the high-potential electrode 4b. In the process, the high-potential electrode 4a electrically connected to the low-potential electrode 2 (in this case, the high-potential electrode 4a). 4a has a low potential), an electric field in the direction of repelling electrons is formed, and by this effect, the electron trajectory can be controlled so as to be directed toward the sky above the element.

【００８６】すなわち、絶縁層３の両端のうち、電子が
放出された側とは反対側への電子の落下を低減すること
ができる。That is, of the two ends of the insulating layer 3, the fall of the electrons to the side opposite to the side from which the electrons are emitted can be reduced.

【００８７】図９には、本発明の実施の形態に係る電子
放出素子と、図１５に示す従来構造の電子放出素子とを
実際に駆動した場合の素子上空の陽極８上における、電
子ビームの広がりの比較を示した。FIG. 9 shows an electron emission element according to the embodiment of the present invention and an electron emission element on the anode 8 above the element when the electron emission element having the conventional structure shown in FIG. 15 is actually driven. A comparison of the spread is given.

【００８８】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の
場合には、電子の集向という観点から考えると、図１に
示すように、高電位電極４の開口領域幅Ｌ２（高電位電
極４ａと４ｂとの間の幅）よりも高電位電極４ａ，４ｂ
自体の幅Ｌ３のほうが重要であり、最適なＬ３の幅は数
百ｎｍから数十μｍの範囲から選択され、更に好ましく
は数μｍ程度が選択される。In the case of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, from the viewpoint of electron focusing, as shown in FIG. 1, the opening region width L2 of the high potential electrode 4 (high potential electrode 4a Electrode 4a, 4b
The width L3 of itself is more important, and the optimum width of L3 is selected from the range of several hundred nm to several tens of μm, and more preferably about several μm.

【００８９】この場合、高電位電極４ａの端部から高電
位電極４ｂの端部までの距離すなわち、絶縁層３の幅Ｌ
１の幅も数μｍ程度が選択される。また、この場合の絶
縁層３の幅Ｌ１は、先述のＬ２，Ｌ３の設計により電子
軌道を考慮して選択すれば良く、数百ｎｍから数十μｍ
の範囲から選択される。In this case, the distance from the end of the high potential electrode 4a to the end of the high potential electrode 4b, that is, the width L of the insulating layer 3
The width of 1 is selected to be about several μm. In this case, the width L1 of the insulating layer 3 may be selected in consideration of the electron trajectory by the above-described design of L2 and L3, and is several hundred nm to several tens μm.
Is selected from the range.

【００９０】次に、電子放出部の切り替えについて説明
する。本発明の実施の形態に係る電子放出素子では、複
数の電子放出部を電気的に切り替えて選択することで、
電子放出素子の長寿命化を実現するものである。Next, switching of the electron-emitting portion will be described. In the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, by electrically switching and selecting a plurality of electron-emitting portions,
This realizes a longer life of the electron-emitting device.

【００９１】まず、図７（ａ）に示すように、高電位電
極５ｂ側に駆動電圧Ｖｆを印加して、この場合は間隙６
から電子を放出させる。First, as shown in FIG. 7A, a driving voltage Vf is applied to the high potential electrode 5b side, and in this case, the gap 6
To emit electrons.

【００９２】一方、電圧を印加しない高電位電極５ａ
を、低電位電極２と電気的に接続することで、高電位電
極５ａを低電位として、この高電位電極５ａを電子軌道
制御用電極として用いることができる。また、電子を放
出しない高電位電極５ａは、低電位電極２、高電位電極
５ｂとは独立に電子が放出しない電圧を印加すること
で、電子軌道の制御電極として用いることができる。On the other hand, the high potential electrode 5a to which no voltage is applied
Is electrically connected to the low-potential electrode 2 so that the high-potential electrode 5a has a low potential, and this high-potential electrode 5a can be used as an electron orbit control electrode. The high-potential electrode 5a that does not emit electrons can be used as a control electrode for the electron trajectory by applying a voltage that does not emit electrons independently of the low-potential electrode 2 and the high-potential electrode 5b.

【００９３】次に、必要な電子放出量が得られるなくな
った時点で、図７（ｂ）に示すように、駆動電圧Ｖｆを
印加する高電位電極を高電位電極５ａに切り替えること
で、間隙７から電子を放出させるようにして、再び十分
な電子放出量を得ることができる。Next, when the required amount of electron emission can no longer be obtained, as shown in FIG. 7B, the high potential electrode to which the drive voltage Vf is applied is switched to the high potential electrode 5a, so that the gap 7 Thus, a sufficient amount of emitted electrons can be obtained again.

【００９４】なお、この場合には、電圧を印加しない高
電位電極５ｂを、低電位電極２と電気的に接続すること
で、高電位電極５ｂを低電位として、この高電位電極５
ｂを電子軌道制御用電極として用いることができる。In this case, the high-potential electrode 5b to which no voltage is applied is electrically connected to the low-potential electrode 2 so that the high-potential electrode 5b has a low potential.
b can be used as an electron orbit control electrode.

【００９５】この結果、電子放出部を切り替えること
で、例えば、図８に示すような特性が得られ、素子の長
寿命化を実現できる。図８はアノード電極に到達した電
子による電流Ｉｅの経時的な変化について、従来技術に
係る素子と本実施の形態に係る素子との比較を示す図で
ある。As a result, by switching the electron-emitting portion, for example, characteristics as shown in FIG. 8 are obtained, and the life of the element can be extended. FIG. 8 is a diagram showing a comparison between the element according to the related art and the element according to the present embodiment with respect to the change over time of the current Ie due to the electrons reaching the anode electrode.

【００９６】電子放出部を切り替えるタイミングについ
ては、図１０（ａ）に示すように、必要な電子放出量が
得られなくなった時点で切り替えてもよいし、また、図
１０（ｂ）に示すように、交互に切り替えることによ
り、複数の電子放出部から順次電子放出を行うようにし
てもよい。As for the timing of switching the electron-emitting portion, as shown in FIG. 10A, the switching may be performed when the required amount of electron emission cannot be obtained, or as shown in FIG. 10B. Alternatively, the electron emission may be sequentially performed from a plurality of electron emission units by alternately switching.

【００９７】次に、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子の好ましい駆動条件について説明する。Next, preferable driving conditions of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described.

【００９８】図５に示した電子軌道は、電子放出部にＶ
ｆ＝１５Ｖ、素子上空の陽極８に距離Ｈ＝２ｍｍ隔て
て、Ｖａ＝１０ｋＶを印加した。なお、本発明の実施の
形態に係る素子では、Ｖｆには特に制約はないが、高電
位電極４ａ及び４ｂの設計値から、必要な駆動電圧を選
択すれば良い。また、Ｖａは真空耐圧の保持できる領域
から選択され、その範囲は数百Ｖから数十ｋＶで選択さ
れる。The electron orbit shown in FIG.
Va = 10 kV was applied to the anode 8 above the device at a distance H = 2 mm at f = 15 V. In the element according to the embodiment of the present invention, Vf is not particularly limited, but a necessary driving voltage may be selected from design values of the high potential electrodes 4a and 4b. Va is selected from a region where the vacuum withstand voltage can be held, and the range is selected from several hundred V to several tens kV.

【００９９】次に、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子において、その他の構造例を挙げる。Next, other structural examples of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described.

【０１００】本発明の実施の形態に係る電子放出素子に
おいて、より低電圧で電子放出可能にするために、電子
放出部を先鋭な構造に形成し、電界強度を向上させる方
法がある。In the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, there is a method of forming the electron-emitting portion into a sharp structure to improve the electric field intensity in order to make it possible to emit electrons at a lower voltage.

【０１０１】例えば、図１１に示すように、低電位電極
２の一部まで除去したり（図１１（ａ））、低電位電極
２上に突起構造を形成する場合（図１１（ｂ））等が挙
げられる。For example, as shown in FIG. 11, when a part of the low potential electrode 2 is removed (FIG. 11A), or when a projection structure is formed on the low potential electrode 2 (FIG. 11B). And the like.

【０１０２】更に、電子放出素子をより長寿命化するた
めに、図１２に示すように、多くの電子放出部を形成す
ることも可能である。すなわち、第２導電層として高電
位電極４ａ，４ｃを設け、第３導電層として高電位電極
４ｂ、４ｄを設けることで、各高電位電極４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄと低電位電極２との間の間隙をそれぞれ電子
放出部とする。Further, in order to extend the life of the electron-emitting device, it is possible to form many electron-emitting portions as shown in FIG. That is, by providing the high potential electrodes 4a and 4c as the second conductive layer and providing the high potential electrodes 4b and 4d as the third conductive layer, the high potential electrodes 4a, 4b,
The gaps between 4c and 4d and the low-potential electrode 2 are used as electron emission portions.

【０１０３】このように構成することで、順次電子放出
部を切り替えることで長寿命化を図ることができる。With this configuration, it is possible to extend the life by sequentially switching the electron emission portions.

【０１０４】次に、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子を用いた電子源について図１３を参照して説明す
る。図１３は本発明の実施の形態に係る電子源の模式図
である。Next, an electron source using the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic diagram of the electron source according to the embodiment of the present invention.

【０１０５】図１３において１０１１は電子源基体、１
０１２はＸ方向配線、１０１３はＹ方向配線である。ま
た、１０１４は本発明の実施の形態に係る電子放出素
子、１０１５は結線である。In FIG. 13, reference numeral 1011 denotes an electron source base, 1
Reference numeral 012 denotes an X-direction wiring, and reference numeral 1013 denotes a Y-direction wiring. Reference numeral 1014 denotes an electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, and 1015 denotes a connection.

【０１０６】Ｘ方向配線１０１２には、Ｘ方向に配列し
た本発明の実施の形態に係る電子放出素子１０１４の行
を、選択するための走査信号を印加する不図示の走査信
号印加手段が接続される。A scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the electron-emitting devices 1014 according to the embodiment of the present invention arranged in the X direction is connected to the X-direction wiring 1012. You.

【０１０７】一方、Ｙ方向配線１０１３には、Ｙ方向に
配列した本発明の実施の形態に係る電子放出素子１０１
４の各列を入力信号に応じて、変調するための不図示の
変調信号発生手段が接続される。On the other hand, the Y-direction wiring 1013 has the electron-emitting devices 101 according to the embodiment of the present invention arranged in the Y-direction.
A modulation signal generating means (not shown) for modulating each of the columns 4 according to the input signal is connected.

【０１０８】各電子放出素子に印加される駆動電圧は、
当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧とし
て供給される。また、Ｙ方向配線は、一つの素子に複数
ある電子放出部のそれぞれに対して、独立で設けられ、
それぞれ電気的に切り替えることが可能となっている。The drive voltage applied to each electron-emitting device is:
It is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the element. Further, the Y-direction wiring is provided independently for each of the plurality of electron-emitting portions in one element,
Each can be electrically switched.

【０１０９】本発明の実施の形態においては、Ｙ方向配
線は高電位、Ｘ方向配線は低電位になるように接続され
ている。In the embodiment of the present invention, the Y-direction wiring is connected to a high potential and the X-direction wiring is connected to a low potential.

【０１１０】次に、このような単純マトリクス配置の電
子源を用いて構成した画像形成装置について、図１４を
用いて説明する。図１４は本実施の形態に係る画像形成
装置の模式的斜視図であり、ガラス材料としてソーダラ
イムガラスを用いた画像形成装置の表示パネルを示す図
である。Next, an image forming apparatus constructed using such a simple matrix arrangement of electron sources will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic perspective view of the image forming apparatus according to the present embodiment, showing a display panel of the image forming apparatus using soda lime glass as a glass material.

【０１１１】図１４において、１１１１は電子放出素子
を複数配した電子源基体、１１２１は電子源基体１１１
１を固定したリアプレート、１１２６はガラス基体１１
２３の内面に画像形成部材としての蛍光膜（蛍光体）１
１２４と陽極（アノード電極）として機能するメタルバ
ック１１２５等が形成されたフェースプレートである。In FIG. 14, reference numeral 1111 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged;
1126 is a glass plate 11
Fluorescent film (phosphor) 1 as image forming member on inner surface of 23
124 is a face plate on which a metal back 1125 and the like functioning as an anode (anode electrode) are formed.

【０１１２】また、１１２２は支持枠であり、この支持
枠１１２２には、リアプレート１１２１、フェースプレ
ート１１２６がフリットガラス等を用いて接続されてい
る。Reference numeral 1122 denotes a support frame, and a rear plate 1121 and a face plate 1126 are connected to the support frame 1122 using frit glass or the like.

【０１１３】１１２７は外囲器であり、真空中で、４５
０度の温度範囲で１０分焼成することで、封着して構成
される。Reference numeral 1127 denotes an envelope, which is 45
Baking is performed for 10 minutes in a temperature range of 0 degrees to form a seal.

【０１１４】１１１４は、図５における電子放出部６あ
るいは７に相当する。１１１２，１１１３は、各素子電
極と接続されたＸ方向配線及びＹ方向配線である。本実
施の形態に係る電子放出素子を用いた場合には、Ｙ方向
配線は一素子中に存在する電子放出部の数に応じて複数
設けられる。Reference numeral 1114 corresponds to the electron emitting portion 6 or 7 in FIG. 1112 and 1113 are an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to each element electrode. When the electron-emitting device according to the present embodiment is used, a plurality of Y-direction wirings are provided according to the number of electron-emitting portions present in one device.

【０１１５】外囲器１１２７は、上述の如く、フェース
プレート１１２６、支持枠１１２２、リアプレート１１
２１で構成されるが、フェースプレート１１２６、リア
プレート１１２１間に、スペーサーとよばれる不図示の
支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強
度をもつ外囲器１１２７を構成することもできる。As described above, the envelope 1127 includes the face plate 1126, the support frame 1122, and the rear plate 11.
21, but by installing a support (not shown) called a spacer between the face plate 1126 and the rear plate 1121, thereby forming an envelope 1127 having sufficient strength against atmospheric pressure. Can also.

【０１１６】尚、本発明の実施の形態に係る電子放出素
子を用いた画像形成装置においては、放出した電子軌道
を考慮して素子上部に設ける蛍光体をアライメントして
配置する。In the image forming apparatus using the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, the phosphor provided on the device is aligned in consideration of the emitted electron trajectory.

【０１１７】[0117]

【実施例】以下、上記実施の形態に基づくより具体的な
実施例を示す。The following is a more specific example based on the above embodiment.

【０１１８】［実施例１］まず、本実施例の製造工程を
説明する。[Example 1] First, the manufacturing process of this example will be described.

【０１１９】十分洗浄した石英基板１に、低電位電極２
として厚さ２００ｎｍのＴａ、絶縁層３として厚さ５０
ｎｍのＳｉＯ₂をそれぞれスパッタ法により堆積した。A low-potential electrode 2 was placed on a sufficiently cleaned quartz substrate 1.
Of Ta having a thickness of 200 nm, and a thickness of 50 as the insulating layer 3
nm of SiO ₂ was deposited by sputtering.

【０１２０】次に、高電位電極４として厚さ５０ｎｍの
Ｔａをスパッタ法により成膜した。Next, a Ta film having a thickness of 50 nm was formed as the high potential electrode 4 by a sputtering method.

【０１２１】次に、フォトリソグラフィー工程でマスク
パターンを転写した。その後、パターニングしたレジス
トをマスクとし、高電位電極４、絶縁層３をドライエッ
チングして段差を形成した。ここでの高電位電極４及び
絶縁層３の幅は８μｍとした。Next, the mask pattern was transferred in a photolithography step. Thereafter, using the patterned resist as a mask, the high potential electrode 4 and the insulating layer 3 were dry-etched to form steps. Here, the width of the high potential electrode 4 and the insulating layer 3 was 8 μm.

【０１２２】次に、フォトリソグラフィー工程により、
高電位電極に２μｍのスリット状の開口領域を形成し、
二つの高電位電極領域を形成した。この結果、二つの高
電位電極幅Ｌ２は４μｍとなった。Next, by a photolithography process,
Forming a 2 μm slit-shaped opening area on the high potential electrode,
Two high potential electrode regions were formed. As a result, the width L2 of the two high potential electrodes was 4 μm.

【０１２３】以上のようにして作製した素子を、図４に
示すような真空容器に配置し駆動した。駆動電圧は、Ｖ
ｆ＝３０Ｖ、Ｖａ＝１０ｋＶ、電子放出素子とアノード
電極との距離ＨをＨ＝２ｍｍとした。ここで、アノード
電極として蛍光体を塗布した電極を用い、電子ビームの
サイズを観察した。ここで言う電子ビームサイズとは、
発光した蛍光体におけるピーク輝度の１０％の領域まで
のサイズとした。The device manufactured as described above was placed in a vacuum vessel as shown in FIG. 4 and driven. The driving voltage is V
f = 30 V, Va = 10 kV, and the distance H between the electron-emitting device and the anode electrode was H = 2 mm. Here, the size of the electron beam was observed using an electrode coated with a phosphor as an anode electrode. The electron beam size mentioned here is
The size was set up to a region of 10% of the peak luminance of the emitted phosphor.

【０１２４】その結果、ビーム径１００μｍの収束した
電子ビームが得られ、電子放出素子の高電位電極と低電
位電極間に流れる電流Ｉｆと、素子上部のアノード電極
に到達した電子による電流Ｉｅの比で表される電子放出
効率Ｉｅ／Ｉｆは２．３％であった。As a result, a converged electron beam having a beam diameter of 100 μm was obtained, and the ratio of the current If flowing between the high-potential electrode and the low-potential electrode of the electron-emitting device to the current Ie due to the electrons arriving at the anode electrode above the device was obtained. The electron emission efficiency Ie / If represented by was 2.3%.

【０１２５】また、ビームのスポット径を１００μｍに
収束することができた。これに対して、従来の平面型の
場合には、ビーム径はおよそ２００μｍで効率はおよそ
１％程度であった。Further, it was possible to converge the beam spot diameter to 100 μm. On the other hand, in the case of the conventional flat type, the beam diameter was about 200 μm and the efficiency was about 1%.

【０１２６】さらに、本発明の実施例に係わる電子放出
素子においては、電子放出部を切り替えることで寿命を
２倍に延ばすことができた。Further, in the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, the life was doubled by switching the electron-emitting portion.

【０１２７】［実施例２］実施例１と同様にして素子を
作製し、電子放出特性を評価した。ここでは、二つに分
離した高電位電極のうち、電子放出を行う方の高電位電
極に駆動電圧Ｖｆを印加し、電子放出を行わない側の高
電位電極を低電位電極に電気的に接続した。Example 2 A device was manufactured in the same manner as in Example 1, and the electron emission characteristics were evaluated. Here, of the two separated high-potential electrodes, the driving voltage Vf is applied to the high-potential electrode that emits electrons, and the high-potential electrode that does not emit electrons is electrically connected to the low-potential electrode. did.

【０１２８】この結果、電子放出部から放出された電子
は、低電位電極と電気的に接続された高電位電極によ
り、軌道が変化し、より高精細な電子ビームが得られ、
ビーム径を９０μｍに収束できた。As a result, the trajectory of the electrons emitted from the electron emitting portion is changed by the high-potential electrode electrically connected to the low-potential electrode, and a higher-definition electron beam is obtained.
The beam diameter was converged to 90 μm.

【０１２９】［実施例３］上記実施例１と同様の構造の
電子放出素子を作製した。本実施例では、低電位電極に
突起状の構造を形成し、低電圧で電子放出可能な構造を
形成した。形成方法は、高電位電極と低電位電極の段差
領域にＭｏを２０ｎｍ堆積し、斜方よりＡｒイオンミリ
ング工程により形成した。[Embodiment 3] An electron-emitting device having the same structure as that of Embodiment 1 was manufactured. In this example, a protruding structure was formed on the low potential electrode, and a structure capable of emitting electrons at a low voltage was formed. As a formation method, Mo was deposited to a thickness of 20 nm in a step region between the high-potential electrode and the low-potential electrode, and was formed obliquely by an Ar ion milling process.

【０１３０】この結果、Ｖｆ＝１５Ｖで駆動でき、実施
例１と同様に、２．４％の電子放出効率が得られた。ま
た、ビームのスポット径を１００μｍとすることができ
た。また、電子放出部を切り替えることで素子の寿命が
２倍に延びた。As a result, driving was possible at Vf = 15 V, and an electron emission efficiency of 2.4% was obtained as in Example 1. Further, the beam spot diameter could be set to 100 μm. In addition, the life of the device was doubled by switching the electron emission portion.

【０１３１】［実施例４］実施例１と同様の構造の電子
放出素子を作製した。本実施例では、より低電圧で電子
放出可能にするため、フォーミング工程と活性化工程を
行なった。用いた導電性薄膜は、厚さ４ｎｍのＰｔ−Ｐ
ｄで、本Ｐｔ−Ｐｄを電気的に分離した高電位電極と低
電位電極に跨るように成膜した。Example 4 An electron-emitting device having the same structure as in Example 1 was manufactured. In the present embodiment, a forming step and an activation step were performed in order to enable electron emission at a lower voltage. The conductive thin film used was a 4 nm thick Pt-P
In d, the Pt-Pd was formed into a film so as to straddle the electrically separated high potential electrode and low potential electrode.

【０１３２】次に、真空容器内でそれぞれの高電位電極
と低電位電極とにパルス電圧を印加し、電流が観測され
なくなった時点で停止した。更に、真空容器内にベンゾ
ニトリルを１．３×１０^-4Ｐａまで導入し、高電位電極
と低電位電極の間にパルス電圧を印加した。Next, a pulse voltage was applied to each of the high-potential electrode and the low-potential electrode in the vacuum vessel, and the operation was stopped when no current was observed. Further, benzonitrile was introduced into the vacuum container to 1.3 × 10 ⁻⁴ Pa, and a pulse voltage was applied between the high-potential electrode and the low-potential electrode.

【０１３３】この結果、駆動電圧Ｖｆ＝１５Ｖで電子放
出可能となり、このとき、２．４％の電子放出効率が得
られ、１００μｍのビームスポット径とすることができ
た。また、電子放出部を切り替えることで、寿命を２倍
にすることができた。As a result, electrons can be emitted at a drive voltage Vf = 15 V. At this time, an electron emission efficiency of 2.4% was obtained and a beam spot diameter of 100 μm could be obtained. In addition, the lifetime was doubled by switching the electron-emitting portion.

【０１３４】［実施例５］実施例３で作製した電子放出
素子において、二つの電子放出部から交互に電子放出を
行なうように電圧を印加した。この結果、素子の寿命を
２．２倍に延ばすことができた。Example 5 In the electron-emitting device manufactured in Example 3, a voltage was applied so as to emit electrons alternately from two electron-emitting portions. As a result, the life of the device could be extended 2.2 times.

【０１３５】［実施例６］実施例１と同様の手順で素子
を作製した。ただし、ここでは、高電位電極を電気的に
分離する工程で、４μｍの開口領域を形成した。この結
果、二つの高電位電極幅Ｌ２は２μｍとなった。この素
子を先述と同様に、フォーミング工程と活性化工程を行
なった。Example 6 An element was manufactured in the same procedure as in Example 1. Here, in the step of electrically separating the high potential electrode, an opening region of 4 μm was formed. As a result, the width L2 of the two high potential electrodes was 2 μm. This element was subjected to the forming step and the activation step in the same manner as described above.

【０１３６】この結果、Ｖｆ＝１５Ｖで駆動でき、効率
２．１％、ビーム径７５μｍという結果が得られた。ま
た、放出部を切り替えて電子放出させることで、寿命を
２倍にできた。As a result, it was possible to drive the device at Vf = 15 V, to obtain a result that the efficiency was 2.1% and the beam diameter was 75 μm. In addition, by switching the emitting unit to emit electrons, the life was doubled.

【０１３７】［実施例７］実施例１と同様の方法で素子
を作製した。ただし、ここでは、高電位電極Ｔａの厚さ
を２０ｎｍとし、フォーミング工程、活性化工程を行な
った。その結果、Ｖｆ＝１５Ｖで、効率２．８％が得ら
れた。また、素子の寿命は２倍に延びた。Example 7 An element was manufactured in the same manner as in Example 1. Here, the thickness of the high-potential electrode Ta was set to 20 nm, and the forming step and the activation step were performed. As a result, at Vf = 15 V, an efficiency of 2.8% was obtained. In addition, the life of the device was doubled.

【０１３８】［実施例８］実施例１と同様の手順で素子
を作製した。ただし、ここでは、高電位電極を図１２に
示すように４つの領域に分割した。その結果実施例１と
同様の効率及びビーム径で、素子の寿命を４倍に延ばす
ことができた。Example 8 An element was manufactured in the same procedure as in Example 1. Here, the high-potential electrode was divided into four regions as shown in FIG. As a result, the life of the device could be extended four times with the same efficiency and beam diameter as in Example 1.

【０１３９】［実施例９］実施例１から７で作製した電
子放出素子を用いて画像形成装置を作製した。一例とし
て、実施例１の素子を用いた場合について説明する。Example 9 An image forming apparatus was manufactured using the electron-emitting devices manufactured in Examples 1 to 7. As an example, a case where the device of the first embodiment is used will be described.

【０１４０】実施例１の電子放出素子を１０×１０のマ
トリクス上に配置し、Ｙ方向配線を高電位電極に、Ｘ方
向配線を低電位電極に接続した。素子の上部には、２ｍ
ｍの距離を隔てて蛍光体を配置した。尚、Ｙ方向配線
は、二つに分割した高電位電極のそれぞれに、電気的に
独立に設置した。The electron-emitting devices of Example 1 were arranged on a 10 × 10 matrix, and the Y-directional wiring was connected to the high potential electrode, and the X-directional wiring was connected to the low potential electrode. 2m above the element
The phosphors were arranged at a distance of m. Note that the Y-direction wiring was electrically independent of each of the two divided high-potential electrodes.

【０１４１】この結果、駆動条件をＶａ＝１０ｋＶ、Ｖ
ｆ＝３０Ｖに設定したところ、高精細な画像表示ができ
た。また、画像形成装置の寿命を２倍に延ばすことがで
きた。As a result, when the driving conditions are Va = 10 kV, V
When f = 30 V was set, a high-definition image could be displayed. Further, the life of the image forming apparatus can be doubled.

【０１４２】[0142]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、絶縁層
上に電気的に分離した導電層を設け、一方に電圧を印加
するという簡易な構成によって、絶縁層の一方の端面側
から放出された電子が、絶縁層の他方の端面側に向かっ
て落ち込むことを抑制するように電子軌道の制御を行う
ことができ、電子放出効率の向上を図ることができる。As described above, according to the present invention, a light emitting device is provided from one end face side of an insulating layer by a simple structure in which an electrically separated conductive layer is provided on the insulating layer and a voltage is applied to one of the conductive layers. The electron trajectory can be controlled so as to suppress the dropped electrons from falling toward the other end face of the insulating layer, and the electron emission efficiency can be improved.

【０１４３】絶縁層上に電気的に分離した導電層のうち
電圧を印加しない側は、低電位である第１導電層と電気
的に接続することで、より一層電子放出効率の向上を図
ることができる。The side of the conductive layer electrically separated from the insulating layer to which no voltage is applied is electrically connected to the first conductive layer having a low potential to further improve the electron emission efficiency. Can be.

【０１４４】電圧の印加を切り替える切替手段を備える
ことによって、素子の長寿命化を図ることができる。By providing the switching means for switching the application of the voltage, the life of the element can be extended.

【０１４５】また、上記のような電子放出素子を適用す
ることによって、高精細で長寿命な電子源あるいは画像
形成装置を実現できる。By applying the above-described electron-emitting device, a high-definition and long-life electron source or image forming apparatus can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の模式
図である。FIG. 1 is a schematic view of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の駆動
状態を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a driving state of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図３】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造
方法を示す概略工程図である。FIG. 3 is a schematic process diagram illustrating a method for manufacturing an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図４】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の活性
化工程を説明する概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating an activation step of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図５】本発明の実施の形態に係る電子放出素子を駆動
した様子を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic view showing a state in which the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention is driven.

【図６】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の電子
放出部近傍の様子を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a state near an electron emitting portion of the electron emitting element according to the embodiment of the present invention.

【図７】本発明の実施の形態に係る電子放出素子を駆動
した様子を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in which the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention is driven.

【図８】アノード電極に到達した電子による電流Ｉｅの
経時的な変化について、従来技術に係る素子と本実施の
形態に係る素子との比較を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a comparison between a device according to the related art and a device according to the present embodiment with respect to a change over time in current Ie due to electrons reaching the anode electrode.

【図９】電子ビームの広がりの比較図である。FIG. 9 is a comparison diagram of the spread of an electron beam.

【図１０】本発明の実施の形態に係る電子放出素子にお
ける電子放出部の切替タイミング例を示すタイミング図
である。FIG. 10 is a timing chart showing an example of a switching timing of an electron emission unit in the electron emission element according to the embodiment of the present invention.

【図１１】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の構
造変形例を示す模式的断面図である。FIG. 11 is a schematic sectional view showing a modification of the structure of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図１２】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の構
造変形例を示す模式的断面図である。FIG. 12 is a schematic sectional view showing a structural modification of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図１３】本発明の実施の形態に係る電子源の模式図で
ある。FIG. 13 is a schematic diagram of an electron source according to an embodiment of the present invention.

【図１４】本実施の形態に係る画像形成装置の模式的斜
視図である。FIG. 14 is a schematic perspective view of the image forming apparatus according to the present embodiment.

【図１５】従来技術に係る電子放出素子の模式図であ
る。FIG. 15 is a schematic view of an electron-emitting device according to a conventional technique.

【図１６】従来技術に係る電子放出素子の模式図であ
る。FIG. 16 is a schematic view of an electron-emitting device according to a conventional technique.

【図１７】従来技術に係る電子放出素子の放出された電
子の散乱の様子を示す模式図である。FIG. 17 is a schematic view showing a state of scattering of emitted electrons of an electron-emitting device according to a conventional technique.

【図１８】従来技術に係る電子放出素子の模式図であ
る。FIG. 18 is a schematic view of an electron-emitting device according to the related art.

【図１９】従来技術に係る電子放出素子をマトリクス配
線した様子を示す模式図である。FIG. 19 is a schematic diagram showing a state in which electron-emitting devices according to the related art are arranged in a matrix.

【図２０】従来技術に係る電子放出素子の模式図であ
る。FIG. 20 is a schematic view of an electron-emitting device according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 基板 ２ 低電位電極（素子電極） ３ 絶縁層 ４，４ａ，４ｂ 高電位電極（素子電極） ６，７ 間隙 ８ 陽極（アノード電極） ９ 導電性薄膜 ４０ 電流計 ４１ 電源 ４２ 電流計 ４５ 真空容器 ４６ 排気ポンプ ４７ 有機ガスの供給源 ４８，４９ スイッチ １０１１ 電子源基体 １０１２ Ｘ方向配線 １０１３ Ｙ方向配線 １０１４ 電子放出素子 １０１５ 結線 １１２４ 蛍光膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Low potential electrode (device electrode) 3 Insulating layer 4, 4a, 4b High potential electrode (device electrode) 6, 7 Gap 8 Anode (anode electrode) 9 Conductive thin film 40 Ammeter 41 Power supply 42 Ammeter 45 Vacuum container 46 Exhaust pump 47 Organic gas supply source 48,49 Switch 1011 Electron source base 1012 X direction wiring 1013 Y direction wiring 1014 Electron emission element 1015 Connection 1124 Fluorescent film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 31/12 Ｈ０１Ｊ 1/30 Ｅ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01J 31/12 H01J 1/30 E

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】第１導電層と、 該第１導電層上に設けられる絶縁層と、 該絶縁層上に設けられ、それぞれ電気的に分離された第
２導電層及び第３導電層と、を備えた電子放出素子であ
って、 前記絶縁層は、その両端側に前記第１導電層が露出する
ように設けられると共に、 前記第２導電層あるいは第３導電層のうちのいずれか一
方と前記第１導電層との間に、該第１導電層側が低電位
となるような電圧を印加して、前記絶縁層の一方の端面
側で電子放出を行うことを特徴とする電子放出素子。A first conductive layer; an insulating layer provided on the first conductive layer; a second conductive layer and a third conductive layer provided on the insulating layer and electrically separated from each other; In the electron-emitting device, the insulating layer is provided at both ends thereof such that the first conductive layer is exposed, and is provided with one of the second conductive layer and the third conductive layer. An electron emission device, wherein a voltage is applied between the first conductive layer and the first conductive layer so that the first conductive layer has a low potential, and electrons are emitted on one end face side of the insulating layer. 【請求項２】前記第１導電層の表面上に、該表面領域よ
りも狭い領域内に前記絶縁層を積層形成して、該絶縁層
の両端側に前記第１導電層を露出させることを特徴とす
る請求項１に記載の電子放出素子。2. The method according to claim 1, further comprising: forming the insulating layer in a region narrower than the surface region on the surface of the first conductive layer, and exposing the first conductive layer on both ends of the insulating layer. The electron-emitting device according to claim 1, wherein: 【請求項３】前記第２導電層と第３導電層との間の分離
された領域は、前記第１導電層の領域上にあることを特
徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。3. The electron emission device according to claim 1, wherein an isolated region between the second conductive layer and the third conductive layer is on a region of the first conductive layer. element. 【請求項４】素子本体に対向して配置された陽極上の対
応する領域に対して、放出する電子を照射することを特
徴とする請求項１，２または３に記載の電子放出素子。4. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a corresponding region on the anode disposed opposite to the device body is irradiated with emitted electrons. 【請求項５】前記第２導電層あるいは第３導電層のう
ち、電圧を印加されていない導電層は前記第１導電層と
電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４
のいずれか一つに記載の電子放出素子。5. A conductive layer to which no voltage is applied among the second conductive layer and the third conductive layer is electrically connected to the first conductive layer.
The electron-emitting device according to any one of the above. 【請求項６】前記絶縁層の一端側に前記第２導電層と第
１導電層との間で電子放出を行う場合の第１電子放出部
が設けられ、前記絶縁層の他端側に前記第３導電層と第
１導電層との間で電子放出を行う場合の第２電子放出部
が設けられると共に、 前記第２導電層側あるいは第３導電層側に、電圧の印加
を切り替える切替手段を備えたことを特徴とする請求項
１〜５のいずれか一つに記載の電子放出素子。6. A first electron emitting portion for emitting electrons between the second conductive layer and the first conductive layer is provided at one end of the insulating layer, and the first electron emitting portion is provided at the other end of the insulating layer. A second electron emitting portion for emitting electrons between the third conductive layer and the first conductive layer, and a switching means for switching application of a voltage to the second conductive layer side or the third conductive layer side The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 5, further comprising: 【請求項７】前記切替手段は、電圧を印加する導電層を
切り替えると共に、電圧を印加しない導電層に対する前
記第１導電層との電気的接続も切り替えることを特徴と
する請求項６に記載の電子放出素子。7. The switching device according to claim 6, wherein the switching means switches the conductive layer to which a voltage is applied, and also switches the electrical connection between the conductive layer to which the voltage is not applied and the first conductive layer. Electron-emitting device. 【請求項８】表面伝導型電子放出素子であることを特徴
とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の電子放出素
子。8. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting device is a surface conduction electron-emitting device. 【請求項９】請求項６または７の電子放出素子を用い
て、前記切替手段による切り替えによって、第１電子放
出部と第２電子放出部とに順次交代させながら電子放出
を行うことを特徴とする電子放出素子の駆動方法。9. An electron emission device according to claim 6 or 7, wherein the electron emission is performed by sequentially switching between the first electron emission portion and the second electron emission portion by switching by the switching means. Method for driving an electron-emitting device. 【請求項１０】請求項１〜８のいずれか一つに記載の電
子放出素子を複数配列したことを特徴とする電子源。10. An electron source comprising a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1. 【請求項１１】前記電子放出素子がマトリクス配線され
ていることを特徴とする請求項１０に記載の電子源。11. The electron source according to claim 10, wherein said electron-emitting devices are arranged in a matrix. 【請求項１２】請求項１０または１１に記載の電子源
と、該電子源から放出された電子によって画像を形成す
る画像形成部材と、を備えることを特徴とする画像形成
装置。12. An image forming apparatus, comprising: the electron source according to claim 10; and an image forming member that forms an image using electrons emitted from the electron source. 【請求項１３】前記画像形成部材は、電子の衝突によっ
て発光する蛍光体であることを特徴とする請求項１２に
記載の画像形成装置。13. An image forming apparatus according to claim 12, wherein said image forming member is a phosphor which emits light by collision of electrons.